LoRa无线水表方案完整.docx
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LoRa无线水表方案完整
LoRa无线水表抄表系统
整个系统包括：
无线水表（节点）、远传网关（集中器）、后端服务器（网络服务器），应用终端（PC端/移动端）。
1LoRa无线水表（通信模块）
无线水表内置无线通信模块，采集水量，电池电压/温度收集，通过LoRa调制方式，定时上报给网关，并通过网关来接收服务器的配置指令。
1.1基本功能
●水量采集；
●定时上报（上行通信）；
●内置电池电压和温度收集（低电压/电量报警，温度报警）；
●磁干扰报警（防止采集模块损坏或读取不准）；
●NFC通信（便于移动端信息读取，配置）。
●阀门控制（下行通信）。
1.2相关参数
工作电压，工作频率（频率误差），发射功率，调制方式，接收灵敏度，传输速率，可靠通信距离，数据接口（SPI接口），天线阻抗，工作温度/湿度，尺寸，重量，内置电池容量，预期工作时间，通信接口（常用TTL/RS232/RS485）。
范例1：
Ø一次性电池：
3000mAh，可不间断工作12年；
ØSleep模式：
0.6uA；
ØReceive模式：
16mA；
ØTX模式：
100mA；
Ø水表的无线抄读参数：
15分钟主动上报一次，5秒内唤醒进行侦听，接收；
Ø基本功能：
水量，水质读取设置，定时上报。
2LoRa网关（集中器）
LoRa网关相当于一个中继，连接前端终端设备（节点）和后端服务器。
网关与服务器通过标准IP连接，而终端设备采用单跳与一个或多个网关通信，均是双向通信。
终端与网关之间的通信是在不同频率和数据传输速率基础上完成的，数据速率选择需要在传输距离和消息时延之间权衡。
由于采用了扩频技术，不同数据传输速率通信不会互相干扰，且会创建一组“虚拟化”的频段来增加网关容量。
LoRaWAN网络数据传输速率范围为0.3kbps至50kbps，为了最大化终端设备电池寿命和整个网络容量，LoRaWAN网络服务器通过一种速率自适应（ADR）方案来控制数据传输速率和每一终端设备的射频输出。
2.1基本功能
●接收并储存节点（水表）抄收回来的数据，并通过通信模组（GPRS/3G/4G/Ethernet）发送到后端服务器，同时接收来自服务器的命令，并把命令传输给节点（水表）。
●可设置定时抄表计划，自动发送抄表请求。
●支持单块抄表和批量抄表；
2.2相关参数
工作频段，信道带宽，调制方式，链路预算，接收灵敏度，传输距离，通道数，通信标准，组网方式，通信接口（GPRS/3G/4G/Ethernet），工作电压，工作电流，功耗，供电方式（外接电源/内置电池），工作温度，工作湿度，防护（雷击），尺寸，重量。
3后端服务器系统（网络服务器/应用服务器）
3.1基本功能
用户管理系统：
区域/用户添加，修改，删除等。
运营管理系统：
定时抄表，区域/用户查询，水量统计，报表导出等；
业务系统：
费率设定，低水量提醒，收缴费录入及明细统计，阀门状态及手动控制等；
维护系统：
水表运行状态收集，故障检测。
范例1：
系统业务流程：
A.通过各种支付方式将钱打入预付费平台的账户 预付费平台根据当前的费率以及资费策略，将该笔款部分或者全部换算成水量（方数）；
B.通信服务器在恰当的时候（要做到实时）将购水量传给该用户所属的集中器 ；
C.集中器立即将购水量下传给该用户家里的表 ；
D.表对收到方数进行确认，并根据情况决定是否执行开阀动作，并上报阀门状态；
E.集中器上传该确认信息；
F.通信服务器传递该确认信息 ；
G.预付费平台对该用户的账户进行相应的扣减操作；
范例1：
节点处于休眠周期唤醒侦听状态，一旦侦听到信号后接收唤醒包，同步延时接收命令数据，并在规定时隙内竞争上报应答数据。
主机唤醒节点发送唤醒帧>1.5s，唤醒时间为2.1ms，唤醒周期为1.5s；
应用服务器实现计费管理，用户管理，流量控制，数据存储，大数据分析，数据可视化等功能。
4移动端APP（针对用户）
4.1基本功能
登录，用量查询，网上缴费系统。
（原则上来说，越简洁越好）。
无线远传智能水表及远程抄表完整解决方案
5一、引言
5.11、概述
从20世纪90年代开始，各种智能型水表、水表抄表系统等产品也开始兴起，尽管目前国内的水表种类形式多种多样，但是从发展角度来看，无线远传智能水表是一种必然的趋势，可以节省人力、物力、财力成本，提高抄表的准确度，更可以实现阶梯化收费，有效的利用有限的水资源。
目前我国很多地方采用将水表安装在用户室内，每月水表入户抄表收费给用户带来很多麻烦，给抄表人员带来烦恼，造成很多不必要麻烦。
为了有效解决入户抄表收费存在的诸多弊端，提高效率，杜绝拖欠费用。
因此耗能表户外计量呼声越来越高，尤其对高层、豪华居住小区，耗能表户外计量是非常必要的，传统抄表方式已经不能适应今后住宅的发展要求。
5.22、术语
1）无线传输免费抄表频段：
470.00MHz-510MHz；
2）LORA直序扩频技术：
是高安全性、抗干扰的一种无线序列型号传输方式；利用高速率的扩频序列在发射端扩展信号的频谱，而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。
3）无线远传智能水表：
以干式或湿式水表为计量基表，加装具有远传发讯输出计量数据的自来水计量装置，接收无线抄表主设备（如：
无线集中器或抄表机）的抄表指令发射数据。
4）点对点或一点对多点的自动集中抄表：
主设备（无线手抄器或无线集中器）不经过任何中间节点发送抄表指令给无线水表进行数据抄取、设置的抄表方式。
二、无线远传智能水表及远程抄表系统解决方案
5.31、无线智能水表抄表及抄表方案介绍
无线远传智能水表采用低频窄带（频段：
470MHz-510MHz）的微功率无线通信技术，利用目前最稳定可靠的直扩频技术，保证水表的通信距离一致性；水表数据经过无线集中器采集后利用现在成熟的GPRS／CDMA/3G/4G公网无线通信传输到后台抄表系统，成本便宜，通信稳定，技术成熟。
以直序扩频的微功率无线通信技术，远程抄表控制就变得简单多了，满足了后台管理系统要求计量数据能够自动产生和录入、自动完成水表数据的抄取、控制、数据存储、查询、月结、抄表结算、收费结算、报表打印等各项功能，将采集的数据进行分类处理。
1）可实现预付费，降低管理成本。
2）用户短信提醒功能（剩余金额达到下限值，关阀）。
3）水表间隙工作设计,超低功耗。
4）LORA无线直序扩频技术,通信稳定，增强通信距离，无线水表的一致性好。
5）加密协议,保证数据安全性。
6）高速的数据通信,远程集中抄表速度很快，抄取一只水表的数据所用时间≤1秒，在水务行业中，无线远程抄表速度是最快的，用时最少。
7）无线水表的基表与电子部分是采用机电分离技术分体设计，可拆卸，便于维护更换；结构设计简单合理，延长了水表使用寿命。
8）实现抄表出户，解决抄表困难，不需要布线，施工简单便捷；完全适用于新小区项目及无法布线的旧城老小区改造项目。
9）后台系统每天自动抄表一次，一次性抄表率在99%及以上。
产品方案优点主要表现在如下几个方面：
1）改变了传统的人工抄表→计费→收费→催费管理模式，降低了管理费用，减少了漏抄、估抄、误抄等弊端，降低了社会生产成本；同时保护了居民生活的私密性和安全性。
2）能够采集并处理数据，对数据进行初步加工，是构建物联网的源头，能满足现代生活需要。
3）智能水表及系统可以实现对被测对象的实时监控，在管网漏损控制方面改变传统的四处逐一稽查的方式，减少人力消耗，提高作业效率值，避免大量浪费行为。
4）与传统水表相比，提高了计量的准确性，为测算耗水量，保证居民用水有效供应提高了可靠的依据。
5）实现多种功能，利用“远程抄表系统”对所有用户进行远程抄表、远程开关阀、信息查询、信息反馈、信息提示、信息处理及控制等。
利用后台系统软件完成数据存储、用量、报表、打印、故障检测，实现各种费用的单独计量、统一收费等一系列工作。
6）防水、防冻：
确保产品在北方的冬天能够正常使用，确保产品遇水不会发生故障。
7）施工方便：
确保施工便利，装无线表就像装传统机械表一样安装。
◆无线水表寿命：
确保水表电池寿命>6年，不会在6年内有更换电池的风险。
◆维护方便：
确保产品安全，免维护。
◆抄表数据准确：
确保抄表方便，减少抄表成本；数据精准，确保机电读数一致，不会发生漏抄或者少抄的情况。
◆降低成本：
性价比高的同时，完全省去因施工和维护而产生不必要的人力成本、时间成本、财力成本。
5.42、无线抄表方式
5.4.1.1无线抄表方式
（一）：
5.4.1.2现场手持式APP抄表：
抄表员拿上手持机，通过APP按照表箱或区域抄表，这种方案成本最低，水司只需像安装普通表一样，安装完水表就可以抄表，抄取数据后可直接上传数据到后台软件系统，这个方式特别适合分散居民水表或小城镇及农村地区。
系统拓扑图如下：
抄表方式
（二）：
通过后台远程抄表系统自动抄表：
水司只需像安装普通表一样安装好无线远传智能水表，在每个居民小区的单个或多个楼栋安装集中器，抄表人员只需在办公室操作后台软件就可以抄取整个城市的水表数据，且远程抄表系统每天自动抄表一次，实时掌握每户水表的当前数据、历史数据，居民水表集中的小区最适用这种远程抄表方式。
系统拓朴图如下：
5.53、系统方案的硬件组成及产品描述
3.1无线远传智能水表
防水防冻、支持预付费、远程集中抄表和APP抄表，后台系统信息化管理，实现井下表井外抄、户内表户外抄。
5.5.1.13.2无线远传智能水表技术优势：
1）精确计量：
计量准确、精度高，保证机电读数一致；
2）水表防水、防潮设计：
各关键部件经过多重防水处理；
3）防锈功能：
水表阀门定期自动开关，防止阀门锈死；
4）超低功耗设计：
整个控制线路超低功耗设计，静态电流小于10uA,保证产品使用六年以上；
5）高灵敏度无线通信，保证通信传送距离远，直序扩频无线通信技术，空旷通信距离≥1000m；
6）基表与远传电子装置要求采用分体结构，方便拆卸及维护，基表更换时，远传电子装置能够重复使用。
7）远传水表基表外壳为铜壳，不锈钢球阀，远传部分外壳为ABS塑料外壳、防水等级符合外壳防护等级IP代码标准规定IP68的等级；
8）远传水表具有数据存储功能，并能够对系统运行情况进行实时检测；
9）抗攻击功能：
水表采用了高可靠的传感器，具有很强的抗磁攻击能力；
10）远传水表具备电压检测功能，能够及时监控远传水表电量情况；
11）整体电路采用工业级高容量锂电池供电，电池使用寿命>6年；
12）能够保证潮气侵袭，确保远传水表可在潮湿环境中正常工作；
13）能够远传采集的数据准确率100%；
14）水表具有自动纠错且多重备份的数据编码技术，字轮显示永远和电子部分一致。
3.3无线远传阀控智能水表符合的相关标准及规范文件：
GB/T778.1-2007冷水水表和热水水表（第1部分：
规范）
GB/T778.2-2007冷水水表和热水水表（第2部分：
安装要求）
GB/T778.3-2007冷水水表和热水水表（第3部分：
试验方法和试验设备）
CJ/T188-2004户用计量仪表数据传输技术条件
5.5.1.1.13.4智能无线壳里的无线表端模块
支持双向通讯，管理系统可远程接收表端上报数据，同时可主动抄取数据。
模块待机电流小于10uA；水表符合IP68标准型，保证模块安装在极潮湿环境下而不影响模块性能，无线远传水表模块能够兼容双干簧管计量传感器、双霍尔元件计量传感器、三霍尔元件计量传感器、光电直读计量传感器等。
3.4.1无线模块技术参数
1）无线模块组：
采用LORa无线芯片直序扩频技术
2）射频发射功率：
<20dBm
3）射频接收灵敏度：
-137dBm
4）通信距离:
≥1公里
5）穿楼层数：
直接穿楼板大于16层
6）工作电压：
3.6V能量型锂电池
7）电池容量：
3600mA/h
8）睡眠电流:
≤10uA
5.5.1.23.5无线抄表器
5.5.1.33.5.1产品描述
无线抄表器是一款携带方便、具备无线远传功能的无线智能抄表设备，它可以直接对表、集中器操作实现对表的数据实时通信和阀控。
5.5.1.3.13.5.2无线抄表器参数
无线模块组：
采用LORa扩频技术，用于抄取水表数据
射频发射功率：
<20dBm
与表通信距离：
可抄取20层以上高楼的水表数据
蓝牙模块：
蓝牙4.0
电源：
可充电8000mA锂电池
5.5.1.3.2APP抄表软件功能
1.实时单表抄取数据
2.实时批量抄表
3.人工录入
4.数据查询
6．实时抄集中器数据
7.实时抄表数据上传到后台系统
8.设置功能
5.5.1.43.6无线集中器
5.5.1.4.13.6.1产品描述
本产品综合了先进的移动通信技术，32位RISC嵌入式软硬件平台、实时嵌入式操作系统、高性能的嵌入式数据库、自主知识产权的微功率无线通信组网技术，具备远程抄表、数据存储、主动上报等功能；使用简单、运行稳定、维护方便、可靠性高、存储容量大、开放性好、性价比高的特点。
5.5.1.4.2
3.6.2无线集中器功能
1）接收后台抄表系统的指令，进行对水表的各种操作，转发GPRS接收到的命令信息发送到表端
2）接收到表端的数据信息发到后台管理系统
3）每天自动抄取水表数据
4）保存每月每天的历史数据，数据包括:
当前流量,电池电压,反转流量,报警参数
5）能远程抄取单只水表的数据
5.5.1.4.33.6.3硬件电气参数
1）集中器与水表的通讯距离≥1500M
2）供电形式：
100~240VAC市电或太阳能集中器
3）支持3G，4G通信网络
4）工作温度：
-40℃~85℃
5）工作湿度：
10%~90%相对湿度，无冷凝
6）防水等级：
IP65
7）RF天线形式：
外接AT-1吸盘天线
5.5.1.4.43.6.3无线集中器安装
1）根据经验一般一栋高楼安装一个集中器,多层楼房4-5栋安装一个集中器；
2）壁挂式安装；
3）现场仅仅接上220V电即可或使用太阳能集中器，不需要任何参数设置；
5.64、后台远程抄表系统
远程抄表系统是稳定的B/S结构设计，WEB登录方式，人性化界面，友好的人机交互，操作简捷。
具有用户权限管理、水表档案基础数据维护、抄表业务管理等功能
云平台系统、数据安全可靠，大型数据库运用，对外数据接口灵活
结合国内自来水公司管理流程，利用大数据云计算、移动互联网技术技术，实现自来水公司自动抄取各区域居民用户的水表数据。
适用自来水公司以抄取水表数据、营业收费为核心的抄表系统软件
系统自动抄表、远程控阀、抄表数据查询及统计、数据分析、各类报表输出等功能，是真正做到DMA分区计量的远程抄表系统软件。
5.75、后台远程抄表系统的主要功能
5.1档案管理
●对应多地址、多表具的用户档案管理
每个用户有唯一的档案信息记录，而每个用户记录又可以拥有多个地址信息记录，而每个地址信息记录又可以对应多个表具信息记录。
●远传抄表的集中器设备管理；
按照地理的区域分布和安装设备的所属关系，建立区域信息记录，然后建立所属此区域的集中器信息记录，手持机抄表的小区、楼栋的分组档案管理；
●按照实际抄表员的管理区域建立抄表分组信息记录，然后建立所属此抄表分组的小区信息记录，再建立所属此小区的楼栋信息记录。
5.2抄表管理
●远程集中器数据抄表；
读取抄表区域中所属集中器的中表具的当前数据上传，由于读取集中器中收集到的表具数据，不会影响到表具的使用寿命，却可以及时的得到用户的使用情况。
●远程批量单表的实时数据抄表；
对于指定用户，不仅可以直接读取表具的定时定量数据，还可以读取表具的当前实时用户数据。
●自动远传的集中器数据抄表、单表实时数据补抄；
●为减少每个费用期间抄表人工操作，提供了对所有表具的自动抄取功能，系统根据设置的抄表时间，自动对表具进行抄表。
●实现预付费、阶梯水价功能。
●远程集中器参数设置；为方便现场的工程调试和后期的设备维护管理，提供了远程集中器的参数设置功能。
●远程下载集中器管理的用户表具档案参数信息；为减少工程调试中的表号设置，提供了按照所属集中器表具档案，自动将表具档案信息下发到集中器中。
●APP抄表档案下载和抄表数据上传；
提供手持抄表机抄表用APP将用户档案的下载和APP抄表后抄表数据的上传。
●手持抄表机用APP按设备或按分组进行现场抄表；
手持机对安装有集中器的现场，提供直接读取集中器中的表具数据；对现场没有集中器，可以直接读取用户表具数据的方式。
5.3表务管理
●用户地址、水表信息相关查询
查询用户、地址及水表信息的开户、销户、修改、装表、换表等操作。
●抄表设备信息查询
查询水表、集中器的设备及归属信息。
●水表日常状态监控、查询
查询用户水表的用量、电池电压、表具状态、信号强度等信息。
●水表数据的查询、统计、分析
全部或单个小区的所有水表或单只水表的历史数据、当前数据的查询、某一时间段的用水量统计、分析等信息。
5.86、远传水表系统与自来水公司其他MIS系统的接口
6.1EXCEL文件接口
自来水公司MIS系统提供接口和数据格式，将抄表数据及用户信息以EXCEL文件方式上传到自来水公司MIS系统，是目前最通行的做法，简单、方便可靠。
6.2通信服务开发接口
远传水表系统直接提供标准化的WCF通信服务接口，通过通信服务接口的开发，将远程抄表功能直接集成到MIS系统中。
6.3定制数据接口
原有MIS系统仅提供了数据的导入导出格式，而且MIS系统没有后续开发扩展能力。
先通过远传水表系统对用户信息、表具信息、设备信息进行管理，再通过远传水表系统进行远程GPRS/CDMA方式抄表或手持机人工抄表，再根据MIS系统的接口标准，生成指定格式的接口程序或数据。
6.4后台系统安全
●私有协议化的通信数据；
●点对点的公网接入模式；
●通信服务的采用接入授权方式；
●通信服务与数据库的隔离保护；
●功能模块操作权限的分配；
●操作用户的登录授权；
●操作系统的软件防火墙；
●操作系统的硬件防火墙；
6三、无线水表远程抄表的实施
6.11、项目背景
近几年城市扩容越来越快，居民生活水平越来约越高，用水量在逐步增大的情况下，历史遗留的问题给自来水公司的管理带来诸多不便，老旧小区管网需改造，智能化改造变得越来越重要。
北方地区由于冬季严寒,水表需要防水防冻，随着抄表到户,自来水公司使用的产品多样,较多老旧小区水表安装到屋内,使抄表员抄表带来诸多不便,抄表难的问题就变得很严重.
由于历史原因,已经使用了形形色色的多种水表,老旧小区以机械水表为主，有些老旧小区的机械水表已经超期服役。
以IC卡水表为主的小区，无法统计每一个用户的实际用水量，产销差严重，无法实现阶梯水价，由于IC卡水表高功耗需经常更换电池和控阀的问题，导致老百姓不能正常用水，根本不能满足目前信息化发展的要求。
老房子户内表根本不能做有线远传水表，那样施工很麻烦，同时也不能把水表出户，改造用户用水管道工程量更大。
无线水表也适合新小区高层的应用，新建多层楼房不是框架结构，而是砖混结构，没有管道井，布线相对不容易，建议使用无线远传水表。
以上几种水表存在形式，但对于自来水公司来讲，无论哪个方案，必须做到：
1、后台收费系统必须兼容，任何厂家的数据必须能进数据库
2、所有的表必须能实现阶梯收费，而且结算日期一样，冻结日期一样
3、所有系统必须做到维护容易，故障已排查，自来水公司能简单维护。
6.22、无线远传智能水表及远程抄表的实施
1）实施前的准备
硬件产品设备：
无线远传水表、无线集中器、无线抄表器
2）无线远传水表在小区现场的实施
2.1安装无线水表：
自来水公司安装无线远传水表跟装普通机械表一样安装。
2.2建立水表档案：
按照自来水公司的无线远传水表装表单填写无线远传水表信息，形成无线远传水表的电子档案表格批量导入远程抄表系统；由自来水公司在营业收费系统修改或添加水表档案信息。
2.3安装无线集中器：
根据现场环境的不同：
1栋楼或多栋楼装一个无线集中器。
2.4现场调试：
可通过远程抄表系统远程调试，也可现场通过APP调试。
2.5抄表：
调试完后，即可进行后台远程抄表或现场用APP抄表，现场装有集中器的小区，后台系统可自动抄表；也可APP抄表后直接上传数据到后台抄表系统。
2.6收费：
与自来水公司的营业收费系统接口对接，抄表数据上传到营业收费系统进行收费。
通过以上实施流程看出本无线远传水表及抄表方案实施便利，现场实施不是复杂庞大的工程；应用操作方便、稳定可靠、免维护；对外智慧水务软件接口兼容性好。
第二讲水表的结构和工作原理文字信息修改时间:
2007-10-2014:
13:
02信息来源:
添加人:
詹志杰[特约嘉宾]
第一节旋翼式水表
旋翼式水表是速度式水表的一种，是世界上用得最多的水表品种。
在国家标准中，速度式水表的定义为“安装在封闭管道中，由一个动力元件组成，并由水流速直接使其获得运动的一种水表”。
当水流通过水表时，驱动叶轮（旋翼或螺翼）旋转，而水流的流速与叶轮的转速成正比，因水流驱动叶轮处喷口的截面积为常数，故叶轮的转速与流量也成正比。
通过叶轮轴上的联动部件与计数机构相连接，使计数机构累积叶轮（旋翼或螺翼）的转数，从而记下通过水表的水量。
一、多流束水表
多流（束）水表：
水流通过水表时，有多束（股）水流从叶轮盒四周流人，驱动叶轮旋转。
这种水表的公称口径一般为15mm～150mm。
旋翼多流束式水表由表壳、中罩、表玻璃、密封垫圈、计量机构、计数机构和滤水网等组成。
水流冲击叶轮后，叶轮开始转动，所转圈数通过计数机构累计，记录显示通过水表的水量。
见图2-1和2-2。
图2－l 旋翼多流束水表的结构示意图
1- 接管；2-连接螺母；3-接管密封垫圈；4-铅封；5-铜丝；6-销子；7-O形密封垫圈；
8-叶轮计量机构；9-罩子；10-盖子；11-罩子衬垫；12-表壳；1-碗状滤丝网
图2—2 旋翼多流束水表的结构展开图
1－表盖；2－轴销；3－铜罩；4－罩子衬垫；5－表玻璃；6－O形密封圈；7－计数器；8－防磁环；9－中心齿轮，10－齿轮盒；11－垫圈；12－磁钢座；13－叶轮；14－叶轮盒；15－表壳；16－调节螺钉；17－调节螺钉垫片；18－调节塞；19－滤水网；20－接管垫片；21－接管；22－连接螺母
多流束水表的总体尺寸和连接方式见表2—1。
表2—Ⅱ 旋翼式多流束水表的总体尺寸和连接方式 mm
各部件的作用、所用材料如下：
1 表壳、中罩、表玻璃
表壳、中罩、表玻璃和密封垫圈一起组成一密封体，使表壳内被测水不致渗漏至表外。
按国家标准规定，水表应能承受水压1.6MPa、持续15min和水压2.0MPa、持续1min的压力试验。
因此，表壳、中罩和表玻璃均应满足上述要求。
表壳材料一般采用灰铸铁（HTl50，见GB9436—1988）或铸造铅黄铜（ZcuZn40Pb2，见GBll76—1987）。
中罩材料一般采用铸造铅黄铜（ZcuZn40Pb2，见GB
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